Litiumbatteriförpackningsformer är trebenta, det vill säga de tre mest använda cylindrarna, mjuka förpackningar och fyrkanter. De tre förpackningsformerna har sina egna fördelar och nackdelar och kan väljas efter användning.

1. Cylindrisk

Cylindriskt litiumbatteri uppfanns först av företaget SONY i Japan 1992. Eftersom 18650 cylindriskt litiumbatteri har en lång historia, är marknadspenetrationshastigheten hög. Cylindriskt litiumbatteri antar mogen lindningsprocess, hög grad av automatisering och produktkvalitet Stabil och relativt låg kostnad. Det finns många typer av cylindriska litiumbatterier, såsom 17490, 14650, 18650, 26650,

21700 etc. Cylindriska litiumbatterier är populära bland litiumbatteriföretag i Japan och Sydkorea.

Fördelarna med cylindrisk lindningstyp inkluderar mogen lindningsprocess, hög grad av automatisering, hög produktionseffektivitet, bra konsistens och relativt låg kostnad. Nackdelarna inkluderar lågt utrymmesutnyttjande orsakat av cylindrisk form och temperaturfördelning orsakad av dålig radiell värmeledningsförmåga. Vänta. På grund av den dåliga radiella värmeledningsförmågan hos det cylindriska batteriet bör antalet lindningsvarv på batteriet inte vara för många (antalet lindningsvarv för 18650-batteriet är i allmänhet cirka 20 varv), så monomerkapaciteten är liten, och en stor mängd batteri krävs för användning i elfordon. Monomerer bildar batterimoduler och batteripaket, vilket avsevärt ökar anslutningsförlusten och hanteringskomplexiteten.

Figur 1. 18650 cylindriskt batteri

Ett typiskt företag för cylindriska förpackningar är japanska Panasonic. 2008 samarbetade Panasonic och Tesla för första gången, och 18650 litiumkoboltoxidbatteriet antogs av Teslas första modell Roadster. 2014 tillkännagav Panasonic ett joint venture med Tesla för att bygga Gigafactory, en superbatterifabrik, och relationen mellan de två gick längre. Panasonic anser att elfordon bör använda 18650-batterier, så att även om ett batteri går sönder, kommer det inte att påverka driften av hela systemet, som visas i figur 2.

Bild

Figur 2. Varför välja 18650 cylindriskt batteri

Det finns också storskaliga företag som tillverkar cylindriska litiumbatterier i Kina. Till exempel är BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng och andra företag i den ledande positionen för cylindriska litiumbatterier i Kina. Järn-litiumbatterier och Yinlong snabbladdningsbussar använder litiumtitanatbatterier, båda i form av cylindriska förpackningar.

Tabell 1: Statistik över den installerade kapaciteten för de 10 bästa företagen med cylindriska batterier och deras motsvarande modeller i termer av enskild energitäthet 2017

Bild

2. Soft bag

De viktigaste materialen som används i mjuka litiumbatterier – material med positiva elektroder, material för negativa elektroder och separatorer – skiljer sig inte mycket från traditionella litiumbatterier med stålskal och aluminiumskal. Den största skillnaden är det flexibla förpackningsmaterialet (aluminium-plastkompositfilm). Det är det mest kritiska och tekniskt svåra materialet i mjuka litiumbatterier. Flexibla förpackningsmaterial delas vanligtvis in i tre lager, nämligen ett yttre barriärlager (vanligtvis ett yttre skyddande lager bestående av nylon BOPA eller PET), ett spärrlager (aluminiumfolie i mellanlagret) och ett inre lager (multifunktionellt högbarriärlager). ).

Figur 3. Struktur av aluminiumplastfilm

Påscellernas förpackningsmaterial och struktur ger dem en rad fördelar. 1) Säkerhetsprestandan är bra. Det mjuka batteriet är förpackat med aluminium-plastfilm i struktur. När ett säkerhetsproblem uppstår kommer det mjuka batteriet i allmänhet att spricka och spricka och kommer inte att explodera. 2) Låg vikt, vikten på mjukpaketsbatteriet är 40 % lättare än för litiumbatteriet i stålskal med samma kapacitet och 20 % lättare än litiumbatteriet i aluminiumskal. 3) Litet internt motstånd, det interna motståndet för mjukpaketsbatteriet är mindre än litiumbatteriets, vilket avsevärt kan minska batteriets egenförbrukning. 4) Cykelprestandan är bra, cykellivslängden för det mjuka paketets batteri är längre och sönderfallet efter 100 cykler är 4 % till 7 % mindre än aluminiumhöljet. 5) Designen är flexibel, formen kan ändras till vilken form som helst, den kan vara tunnare och nya cellmodeller kan utvecklas efter kundens behov. Nackdelarna med mjuka batterier är dålig konsistens, höga kostnader, lätt läckage och hög teknisk tröskel.

Bild

Figur 4. Sammansättning av mjukt batteri

Batteritillverkare i världsklass som sydkoreanska LG och japanska ASEC har masstillverkade mjuka batterier, som används i elektriska modeller och plug-in hybridmodeller från stora bilföretag som Nissan, Chevrolet och Ford, inklusive världens tre största produktions- och försäljningsmodeller. Leaf och Volt. mitt lands batterijätte Wanxiang och senkomlingarna Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride och Gateway Power har också börjat massproduktion av mjuka batterier för att leverera till stora bilföretag som BAIC och SAIC.

3. Fyrkantigt batteri

Populariteten för fyrkantiga batterier är mycket hög i Kina. Med ökningen av bilbatterier under de senaste åren har motsättningen mellan fordons räckvidd och batterikapacitet blivit allt mer framträdande. Inhemska batteritillverkare använder oftast fyrkantiga batterier med aluminiumskal med hög batteritäthet. , Eftersom strukturen på det fyrkantiga batteriet är relativt enkelt, till skillnad från det cylindriska batteriet, som använder höghållfast rostfritt stål som skal och tillbehör med explosionssäkra säkerhetsventiler, är de övergripande tillbehören lätta i vikt och relativt höga i energitäthet. Det fyrkantiga batterihöljet är mestadels tillverkat av aluminiumlegering, rostfritt stål och andra material, och den interna användningen av lindnings- eller lamineringsprocess, skyddet av batteriet är bättre än det för aluminium-plastfilmbatteri (dvs. mjukt batteri), och batteriets säkerhet är relativt cylindrisk. Typbatterier har också förbättrats avsevärt.

Figur 5. Kvadratisk cellstruktur

Men eftersom det fyrkantiga litiumbatteriet kan anpassas efter storleken på produkten finns det tusentals modeller på marknaden, och eftersom det finns för många modeller är processen svår att förena. Det är inga problem att använda fyrkantiga batterier i vanliga elektroniska produkter, men för industriutrustningsprodukter som kräver flera serier och parallella är det bäst att använda standardiserade cylindriska litiumbatterier, så att produktionsprocessen är garanterad och det är lättare att hitta ersättare i framtiden. Batteri.

Inhemska och utländska företag som använder square som förpackningsprocessen inkluderar främst Samsung SDI (förpackningsformen är huvudsakligen kvadratisk, och det positiva elektrodmaterialet använder ternära NCM- och NCA-material. Det följer aktivt upp produktionen av 21700 batterier), BYD (power). batterier är huvudsakligen fyrkantiga aluminiumskal), katodmaterialet är huvudsakligen litiumjärnfosfat, och det har också bedrivit forskning och utveckling och tekniska reserver av ternära batterier), CATL (produkterna är huvudsakligen fyrkantiga aluminiumskalsbatterier, och katodmaterialet inkluderar litiumjärnfosfat och ternärt. Litiumjärnfosfat teknisk väg Används huvudsakligen inom energilagring och bussar, CATL började helt vända sig till ternära material 2015, och tillhandahåller ternära batteripaket för personbilar från BMW, Geely och andra företag), Guoxuan Hi-Tech (främst i form av fyrkantiga förpackningar, och det positiva elektrodmaterialet inkluderar litiumjärnfosfat och ternära material), TianjinLishen, etc.

I allmänhet har de tre förpackningstyperna cylindriska, fyrkantiga och mjuka förpackningar sina egna fördelar och nackdelar, och varje batteri har sitt eget dominerande område. Den bästa förpackningsmetoden kan bestämmas utifrån batteriets materialegenskaper, produktapplikationsområden, produktegenskaper etc. kombinerat med förpackningsformens egenskaper. Varje förpackningstyp av batteri har dock sina egna tekniska svårigheter. Bra batteridesign innebär komplexa problem inom många områden som elektrokemi, värme, elektricitet och mekanik, vilket ställer höga krav på batteridesigners. Litiumbatteri människor behöver fortfarande fortsätta ansträngningen!